WO2020231086A1 - 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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차아밍
배윤정
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for determining the degree of degradation of a battery.
  • Another conventional technique for solving the drawbacks of the capacity curve as described above uses a differential voltage analysis (DVA) to determine the degree of degradation of the battery from the differential voltage curve of the battery.
  • DVA differential voltage analysis
  • the present invention utilizes both the differential capacity curve obtained from the charging process for the battery and the differential capacity curve obtained from the discharging process for the battery, to determine the degree of degradation of the battery. It is an object to provide an apparatus, method and battery pack for determining.
  • An apparatus for determining a degree of degradation of a battery generates first sensing information indicating a voltage and a current of the battery during a first period in which the battery is charged with a first constant current, and the battery
  • a sensing unit configured to generate second sensing information indicating the voltage and current of the battery during a second period in which is discharged with a second constant current
  • a control unit operatively coupled to the sensing unit.
  • the controller is configured to determine a first differential capacity curve of the battery based on the first sensing information.
  • the control unit is configured to detect a first charging characteristic point from the first differential capacity curve.
  • the control unit is configured to determine a second differential capacity curve of the battery based on the second sensing information.
  • the control unit is configured to detect a first discharge characteristic point from the second differential capacity curve.
  • the control unit is configured to determine a degree of degradation of the battery based on the first charging characteristic value and the first discharge characteristic value.
  • the first charging characteristic value is a voltage value of the first charging characteristic point.
  • the first discharge characteristic value is a voltage value of the first discharge characteristic point.
  • the controller may be configured to determine, as the first charging feature point, a peak positioned in a first predetermined order among a predetermined number of peaks positioned in the first differential capacity curve.
  • the control unit may be configured to determine, as the first discharge characteristic point, a peak positioned in the first predetermined order among a predetermined number of peaks positioned in the second differential capacity curve.
  • the controller may be configured to determine a first major difference value indicating an absolute value of a difference between the first charging characteristic value and the first discharge characteristic value.
  • the control unit may be configured to determine the degree of degradation of the battery from a first data table in which a correspondence relationship between the first main difference value and the degree of deterioration is recorded, using the first main difference value as an index.
  • the controller may be configured to determine a peak positioned in a second predetermined order among the predetermined number of peaks positioned in the first differential capacity curve as a second charging feature point.
  • the controller may be configured to determine, as a second discharge characteristic point, a peak positioned in the second predetermined order among the predetermined number of peaks positioned on the second differential capacity curve.
  • the control unit may be configured to determine a second main difference value indicating an absolute value of a difference between the second charging characteristic value and the second discharging characteristic value.
  • the second charging characteristic value is a voltage value of the second charging characteristic point.
  • the second discharge characteristic value is a voltage value of the second discharge characteristic point.
  • control unit may be configured to determine the first degeneration factor using the following equation.
  • the control unit may be configured to determine the degree of degradation of the battery from a second data table in which a correspondence relationship between the first deterioration factor and the degree of deterioration is recorded, using the first deterioration factor as an index.
  • the controller may be configured to determine a first sub-difference value indicating an absolute value of a difference between the first charging characteristic value and the first initial charging characteristic value.
  • the controller may be configured to determine a second sub-difference value representing an absolute value of a difference between the first discharge characteristic value and the first initial discharge characteristic value.
  • the controller may be configured to determine a degree of degradation of the battery based on the first sub-difference value and the second sub-difference value.
  • the control unit may be configured to determine a sum of a product of the first sub-difference value and a first transform coefficient and a product of the second sub-difference value and a second transform coefficient as a second deterioration factor.
  • the control unit may be configured to determine the degree of degradation of the battery from a third data table in which a correspondence relationship between the second degeneration factor and the degree of deterioration is recorded, using the second deterioration factor as an index.
  • a battery pack according to another aspect of the present invention includes the device.
  • a method for determining a degree of degradation of a battery includes: acquiring first sensing information indicating a voltage and a current of the battery during a first period in which the battery is charged with a first constant current; Acquiring second sensing information indicating the voltage and current of the battery during a second period in which the battery is discharged with a second constant current; Determining a first differential capacity curve of the battery based on the first sensing information; Determining a second differential capacity curve of the battery based on the second sensing information; Detecting a first charging characteristic point from the first differential capacity curve; Detecting a first discharge characteristic point from the second differential capacity curve; And determining a degree of degradation of the battery based on the first charging characteristic value and the first discharge characteristic value.
  • the first charging characteristic value is a voltage value of the first charging characteristic point.
  • the first discharge characteristic value is a voltage value of the first discharge characteristic point.
  • the determining of the degree of degradation of the battery may include determining a first major difference value representing an absolute value of a difference between the first charging characteristic value and the first discharge characteristic value; And determining the degree of deterioration of the battery from a first data table in which a correspondence relationship between the first main difference value and the degree of degradation is recorded using the first main difference value as an index.
  • the degree of deterioration of the battery may be determined by using both a differential capacity curve obtained from a charging process for a battery and a differential capacity curve obtained from a discharging process for a battery. Since the hysteresis characteristic of the battery has a strong correlation with the degree of deterioration of the battery, it is possible to accurately determine the degree of deterioration of the battery compared to the case of using only one of the two differential capacity curves.
  • FIG. 1 is a diagram showing an exemplary configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph illustrating a capacity curve of a battery when the battery is in an initial state of life.
  • FIG. 3 is a graph exemplarily showing a differential capacity curve determined from the capacity curve of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a graph showing an exemplary differential capacity curve of a battery when the battery is deteriorated from an initial state of life.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for determining a degree of degradation of a battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for determining a degree of degradation of a battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for determining a degree of degradation of a battery according to a third embodiment of the present invention.
  • control unit> described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is a diagram showing an exemplary configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 10 is provided to be installed in an electric system 1 (eg, an electric vehicle), and includes a battery B, a switch SW, and a device 100.
  • an electric system 1 eg, an electric vehicle
  • the battery pack 10 includes a battery B, a switch SW, and a device 100.
  • the positive and negative terminals of the battery B are electrically connected to the device 100.
  • the battery B includes at least one unit cell.
  • the unit cell may be, for example, a lithium ion battery.
  • the type of the unit cell is not limited to the lithium ion battery, and another type of battery cell capable of repetitive charge and discharge may be used as the unit cell.
  • the switch SW is provided in the path of the current for charging and discharging the battery B. While the switch SW is turned on, charging and discharging of the battery B is possible.
  • the switch SW may be a mechanical relay that is turned on and off by a magnetic force of a coil or a semiconductor switch such as a Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor (MOSFET). While the switch SW is turned off, charging and discharging of the battery B is stopped.
  • the switch SW may be turned on in response to the first switching signal.
  • the switch SW may be turned off in response to the second switching signal.
  • the apparatus 100 is provided for determining the degree of degradation of the battery B.
  • the degree of deterioration may be a value that gradually increases according to the deterioration of the battery B.
  • the device 100 includes a sensing unit 110, a control unit 120, and a memory unit 130.
  • the device 100 may further include at least one of the interface unit 140 and the switch driver 200.
  • the sensing unit 110 includes a voltage sensor 111 and a current sensor 112.
  • the voltage sensor 111 is electrically connected to the positive terminal and the negative terminal of the battery B.
  • the voltage sensor 111 is configured to measure a voltage across both ends of the battery B every unit time (eg, 0.01 seconds) while the battery B is being charged or discharged.
  • the current sensor 112 is installed in the charge/discharge path of the battery B.
  • the current sensor 112 is configured to measure the current of the battery B every unit time while the battery B is being charged or discharged.
  • the sensing unit 110 is configured to output sensing information indicating the voltage and current of the battery B for each unit time to the controller 120.
  • control unit 120 includes application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs), and microprocessors. It may be implemented using at least one of (microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • microprocessors It may be implemented using at least one of (microprocessors) and electrical units for performing other functions.
  • the control unit 120 is operatively coupled to at least one of the sensing unit 110, the memory unit 130, the interface unit 140, and the switch driver 200.
  • the controller 120 may instruct the switch driver 200 to turn on the switch SW. In other situations, the controller 120 may instruct the switch driver 200 to turn off the switch SW.
  • the control unit 120 is configured to store data representing the voltage history, current history, and power storage amount history of the battery B in the memory unit 130 based on the sensing information from the sensing unit 110.
  • the history of a parameter means a time-series change of a parameter over a certain period or a specific period.
  • the voltage history, current history, and power storage amount history of the battery B may be related to the same period or different periods.
  • the power storage amount of the battery B indicates the amount of electric charge stored in the battery B.
  • the control unit 120 determines a first capacity curve and a second capacity curve of the battery B.
  • the first capacity curve indicates that the battery B is at a first current rate (eg, 0.02) from less than or equal to the first state of charge (SOC) (eg, 5%) to more than the second state of charge (eg, 95%).
  • SOC first state of charge
  • the first capacity curve is based on first sensing information outputted by the sensing unit 110 during the first period, indicating the voltage and current of the battery B for each unit time.
  • the controller 120 may control the switch driver 200 so that the charging current of the first current rate flows through the battery B during the first period.
  • the second capacity curve is a voltage history acquired during a period in which the battery B is discharged at a constant current of a second current rate from above the second state of charge to below the first state of charge (hereinafter referred to as ⁇ second period''). It shows the correspondence relationship between and power storage quantity history.
  • the second capacity curve is based on second sensing information indicating the voltage and current of the battery B for each unit time output by the sensing unit 110 during the second period.
  • the controller 120 may control the switch driver 200 so that the discharge current of the second current rate flows through the battery B during the second period.
  • the second current rate may be the same as or different from the first current rate.
  • the controller 120 may determine a voltage change amount dV and a power storage amount change amount dQ of the battery B for each unit time from the first capacity curve.
  • the control unit 120 stores a first data set indicating a correspondence relationship between the voltage V of the battery B, the amount of power storage Q, the amount of change in voltage dV, and the amount of change in power storage dQ for each unit time, determined from the first capacity curve. Can be stored in 130.
  • the controller 120 may determine a first differential capacity curve from the first data set.
  • the first differential capacity curve represents a relationship between the voltage V of the battery B during the first period and the ratio dQ/dV of the power storage amount change dQ of the battery B to the voltage change dV of the battery B, It may also be referred to as a first V-dQ/dV curve.
  • the controller 120 may determine a voltage change amount dV and a power storage amount change amount dQ of the battery B for each unit time from the second capacity curve.
  • the control unit 120 stores a second data set indicating a correspondence relationship between the voltage V of the battery B, the amount of power storage Q, the amount of change in voltage dV, and the amount of change in power storage dQ for each unit time determined from the second capacity curve. Can be stored in 130.
  • the controller 120 may determine a second differential capacity curve from the second data set.
  • the second differential capacity curve represents the relationship between the voltage V of the battery B and the ratio dQ/dV of the power storage amount change dQ of the battery B to the voltage change dV of the battery B during the second period, It may also be referred to as a second V-dQ/dV curve.
  • the memory unit 130 is operatively coupled to the control unit 120.
  • the memory unit 130 may be operatively coupled to the sensing unit 110 as well.
  • the memory unit 130 is configured to store sensing information from the sensing unit 110.
  • the memory unit 130 may store data and programs required for an operation by the control unit 120.
  • the memory unit 130 may store data representing a result of an operation performed by the control unit 120.
  • the memory unit 130 is, for example, a flash memory type, a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type, a multimedia card micro type (multimedia card micro type), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), programmable read-only memory (PROM) ) May include at least one type of storage medium.
  • a flash memory type a hard disk type, a solid state disk type, an SDD type, a multimedia card micro type (multimedia card micro type), random access memory (RAM), static random access memory (SRAM), read-only memory (ROM), electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), programmable read-only memory (PROM)
  • RAM random access memory
  • SRAM static random access memory
  • ROM read-only memory
  • EEPROM electrically erasable programmable read-only memory
  • PROM programmable read-only memory
  • the switch driver 200 is electrically coupled to the device 100 and the switch SW.
  • the switch driver 200 is configured to selectively output a first switching signal or a second switching signal to the switch SW in response to a command from the device 100.
  • the interface unit 140 is configured to support wired communication or wireless communication between the control unit 120 and the upper controller 2 (eg, an ECU) of the electric system 1.
  • Wired communication may be, for example, CAN (controller area network) communication
  • wireless communication may be, for example, Zigbee or Bluetooth communication.
  • the interface unit 140 may include an output device such as a display or a speaker that provides a result of a process on the degree of deterioration of the battery B performed by the control unit 120 in a user-recognizable form.
  • the interface unit 140 may include an input device such as a mouse or a keyboard that can receive data from a user.
  • FIG. 2 is a graph exemplarily showing a capacity curve of a battery when the battery is in an initial state of life
  • FIG. 3 is a graph exemplarily illustrating a differential capacity curve determined from the capacity curve of FIG. 2.
  • the maximum capacity (Q max ) of the battery (B) is the power storage of the battery (B) when the battery (B) is fully charged, that is, when the state of charge (SOC) of the battery (B) is 100%. It can be quantity.
  • the maximum capacity Q max of the battery B gradually decreases as the battery B deteriorates.
  • the capacity curve 201 when the battery B is in the initial state of life (BOL: Beginning Of Life), the state of charge of the battery B from 0% to 100% constant current at a predetermined current rate. It shows the correspondence between the voltage V of the battery B and the amount of power storage Q obtained through the charging process.
  • the capacity curve 202 is obtained through a process of discharging the state of charge of the battery B from 100% to 0% at a constant current of a predetermined current rate when the battery B is in the initial state of life. It shows the correspondence between voltage V and power storage Q.
  • the differential capacitance curve 301 is determined from the relationship between the voltage history and the power storage quantity history indicated by the capacitance curve 201.
  • the differential capacitance curve 302 is determined from the relationship between the voltage history and the power storage amount history indicated by the capacitance curve 202.
  • the differential capacity curve 301 is shown at the top, and the differential capacity curve 302 is shown at the bottom.
  • the number of differential capacity curve 301 peak peak (P DI_1, P DI_2, P DI_3) which is located on the total number and differential capacity curve 302 (P CI_1, P CI_2, P CI_3) which is located may be the same have.
  • the total number of peaks located in each of the differential capacity curve 301 and the differential capacity curve 302 depends on the electrode material of the battery B and the like. Accordingly, even if the battery B is deteriorated, the total number of peaks located in each of the differential capacity curve 301 and the differential capacity curve 302 may be constant.
  • a charging characteristic value representing each voltage value (V CI_1 , V CI_2 , V CI_3 ) of the peaks (P CI_1 , P CI_2 , P CI_3 ) located in the differential capacity curve 301 May be referred to as'feature value') may be stored.
  • a discharge characteristic value representing each voltage value (V DI_1 , V DI_2 , V DI_3 ) of the peaks (P DI_1 , P DI_2 , P DI_3 ) located in the differential capacity curve 302 May be referred to as'feature value') may be stored.
  • the inventors of the present invention have come to recognize that the hysteresis characteristics of the battery B intensify as the battery B deteriorates from the results of the charging and discharging experiments for the battery having the same specifications as the battery B.
  • FIG. 4 is a graph showing an exemplary differential capacity curve of a battery when the battery is deteriorated from an initial state of life.
  • the differential capacity curve 401 is determined from the relationship between the voltage history and the power storage amount history during the first period.
  • the differential capacity curve 402 is determined from the relationship between the voltage history and the power storage amount history during the second period.
  • the differential capacity curve 401 is shown at the top, and the differential capacity curve 402 is shown at the bottom.
  • a differential capacity curve 401 the differential capacitance curve peak (P CI_1, CI_2 P, P CI_3) and the peak (P CD_1, CD_2 P, P CD_3) equal in number to represent the 301 position.
  • a differential capacity curve 402 the differential capacity curve 302 peak (P DI_1, DI_2 P, P DI_3) and the peak (P DD_1, DD_2 P, P DD_3) equal in number indicating the position.
  • the peak (P CD_1 ), the peak (P CD_2 ), and the peak (P CD_3 ) are located in the order of the smallest power storage amount.
  • Each of the peaks (P CD_1 , P CD_2 , P CD_3 ) is called a'charging characteristic point', and each of the voltage values (V CD_1 , V CD_2 , V CD_3 ) of the peaks (P CD_1 , P CD_2 , P CD_3 ) is called a'charging characteristic value. It can be called'.
  • the peak P DD_1 , the peak P DD_2 , and the peak P DD_3 are located in the order of the smallest power storage amount.
  • Each of the peaks (P DD_1 , P DD_2 , P DD_3 ) is called a'discharge characteristic point', and each of the voltage values (V DD_1 , V DD_2 , V DD_3 ) of the peaks (P DD_1 , P DD_2 , P DD_3 ) is called a'discharge characteristic value. It can be called'.
  • the charging characteristic value of the battery (B) is the more degenerated, (I) a peak (P CD_1, P CD_2, P CD_3) which is located in a differential capacity curve (401) (V CD_1, V CD_2 , V CD_3 ) increases from the initial charge characteristic values (V CI_1 , V CI_2 , V CI_3 ) of peaks (P CI_1 , P CI_2 , P CI_3 ) located in the same order of the differential capacity curve 301 and (II )
  • the discharge characteristic values (V DD_1 , V DD_2 , V DD_3 ) of the peaks (P DD_1 , P DD_2 , P DD_3 ) located in the differential capacity curve 402 are the peaks located in the same order of the differential capacity curve 302 ( It can be seen that it decreases from the initial discharge characteristic values (V DI_1 , V DI_2 , V DI_3 ) of P
  • the peaks P CD_1 , P CD_2 , P CD_3 of the differential capacity curve 401 shift to the high voltage band
  • the peaks P DD_1 , P DD_2 of the differential capacity curve 402 , P DD_3 ) is shifted to the low voltage band.
  • the differential capacity curve 401 and the differential capacity curve 402 in the same order (eg, first) of the two peaks (eg, P CD_1 , P DD_1 ) voltage values (eg, V CD_1 , V It was found that the difference between DD_1 ) had a strong correlation with the degree of degradation of the battery B.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for determining a degree of degradation of a battery according to the first embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 5 may be used to determine the degree of degradation of the battery B in which at least one peak appears in the differential capacity curve.
  • step S502 the controller 120 receives first sensing information indicating the voltage and current of the battery B during a first period charged with a first constant current. Obtained from
  • step S504 the control unit 120 acquires, from the sensing unit 110, second sensing information indicating the voltage and current of the battery B during the second period discharged by the second constant current.
  • step S512 the controller 120 determines a first differential capacity curve of the battery B based on the first sensing information.
  • the first differential capacity curve may be the differential capacity curve 401 of FIG. 4.
  • step S514 the controller 120 determines a second differential capacity curve of the battery B based on the second sensing information.
  • the second differential capacity curve may be the differential capacity curve 402 of FIG. 4.
  • the controller 120 detects a charging feature point (eg, P CD_2 ) from the first differential capacity curve.
  • the charging characteristic point (eg, P CD_2 ) may be a peak positioned in a predetermined order (eg, second) based on the amount of power storage among all peaks of the first differential capacity curve.
  • step S524 the control unit 120 detects a discharge characteristic point (eg, P DD_2 ) from the second differential capacity curve.
  • the discharge characteristic point (eg, P DD_2 ) may be a peak positioned in the predetermined order (eg, second) based on the amount of power storage among all peaks of the second differential capacity curve.
  • step S530 the controller 120 determines the degree of degradation of the battery B based on the main difference value.
  • the main difference value is an absolute value (eg, ⁇ V CD_2 -V DD_2 ⁇ ) of the difference between the charging characteristic value (eg, V CD_2 ) and the discharge characteristic value (eg, V DD_2 ).
  • the charging characteristic value (eg, V CD_2 ) is the voltage value of the charging characteristic point (eg, P CD_2 )
  • the discharge characteristic value eg, V DD_2
  • the control unit 120 uses the main difference value determined in step S530 as an index, and determines the degree of deterioration of the battery B from the first data table in which a correspondence relationship between the main difference value and the degree of deterioration is recorded.
  • the first data table may be previously stored in the memory unit 130. As the hysteresis characteristic of the battery B becomes stronger, the main difference value tends to increase. Accordingly, in the first data table, a relatively large main difference value may be related to a relatively large degree of degeneration.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for determining a degree of degradation of a battery according to a second embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 6 may be used to determine the degree of degradation of the battery B in which at least two peaks appear in the differential capacity curve.
  • step S602 the controller 120 senses first sensing information indicating the voltage and current of the battery B during a first period charged with a first constant current. Acquired from (110).
  • step S604 the control unit 120 acquires, from the sensing unit 110, second sensing information indicating the voltage and current of the battery B during the second period discharged by the second constant current.
  • step S612 the controller 120 determines a first differential capacity curve of the battery B based on the first sensing information.
  • the first differential capacity curve may be the differential capacity curve 401 of FIG. 4.
  • step S614 the controller 120 determines a second differential capacity curve of the battery B based on the second sensing information.
  • the second differential capacity curve may be the differential capacity curve 402 of FIG. 4.
  • step S622 the control unit 120 detects first to nth charging feature points from the first differential capacity curve.
  • n is a natural number greater than or equal to 2, and is a predetermined value representing a number less than or equal to the total number of peaks located in the first differential capacity curve.
  • the i-th charging feature point may be a peak positioned at the i-th among the first to nth charging feature points based on the amount of power storage.
  • step S624 the control unit 120 detects the first to nth discharge characteristic points from the second differential capacity curve.
  • the i-th discharge characteristic point may be a peak positioned at the i-th among the first to n-th discharge characteristic points based on the amount of power storage.
  • the controller 120 determines the degree of deterioration of the battery B based on the first to n-th main difference values.
  • the i-th main difference value may be an absolute value of a difference between the i-th charge characteristic value and the i-th discharge characteristic value.
  • the i th charging characteristic value is a voltage value of the i th charging characteristic point
  • the i th discharge characteristic value is a voltage value of the i th discharge characteristic point.
  • the control unit 120 determines a first degeneration factor from the first to nth main difference values.
  • the controller 120 may determine the first degeneration factor using Equation 1 below.
  • Equation 1 ⁇ V i is the i-th main difference value, V CD_i is the i-th charge characteristic value, V DD_i is the i-th discharge characteristic value, ⁇ i is the i-th predetermined weight, and F deg is the first deterioration factor.
  • ⁇ i may be a predetermined value based on an increase rate of the i-th charge characteristic value and a decrease rate of the i-th discharge characteristic value according to the deterioration of the battery B.
  • the increase rate of the i-th charging characteristic value may be a ratio of the i-th charging characteristic value to the i-th initial charging characteristic value.
  • the reduction rate of the i-th discharge characteristic value may be a ratio of the i-th discharge characteristic value to the i-th initial discharge characteristic value.
  • Equation 1 may be expressed by Equation 2 below.
  • the control unit 120 uses the first degeneration factor F deg determined in step S630 as an index, and determines the degree of deterioration of the battery B from the second data table in which the correspondence between the first degeneration factor and the degree of degeneration is recorded. do.
  • the second data table may be previously stored in the memory unit 130. As the hysteresis characteristic of the battery B becomes stronger, each of the first to nth main difference values tends to increase. Thus, within the second data table, a relatively large first degeneration factor may be associated with a relatively large degree of degeneration.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for determining a degree of degradation of a battery according to a third embodiment of the present invention.
  • the method of FIG. 7 may be used to determine the degree of degradation of the battery B in which at least one peak appears in the differential capacity curve.
  • step S702 the controller 120 receives first sensing information indicating the voltage and current of the battery B during a first period charged with a first constant current. Acquired from (110).
  • step S704 the control unit 120 acquires, from the sensing unit 110, second sensing information indicating the voltage and current of the battery B during the second period discharged by the second constant current.
  • step S712 the controller 120 determines a first differential capacity curve of the battery B based on the first sensing information.
  • the first differential capacity curve may be the differential capacity curve 401 of FIG. 4.
  • step S714 the controller 120 determines a second differential capacity curve of the battery B based on the second sensing information.
  • the second differential capacity curve may be the differential capacity curve 402 of FIG. 4.
  • the control unit 120 detects a charging characteristic point (eg, P CD_2 ) from the first differential capacity curve.
  • the charging characteristic point (eg, P CD_2 ) may be a peak positioned in a predetermined order based on the amount of power storage among all peaks of the first differential capacity curve.
  • step S724 the control unit 120 detects a discharge characteristic point (eg, P DD_2 ) from the second differential capacity curve.
  • the discharge characteristic point (eg, P DD_2 ) may be a peak positioned in the predetermined order based on the amount of power storage among all peaks of the second differential capacity curve.
  • step S730 the control unit 120, the first sub-difference value (eg, ⁇ V CD_2 -V CI_2 ) that is an absolute value of the difference between the charging characteristic value (eg, V CD_2 ) and the initial charging characteristic value (eg, V CI_2 ).
  • ⁇ ) and the second sub-difference value e.g., ⁇ V DD_2 -V DI_2 ⁇
  • the second sub-difference value e.g., ⁇ V DD_2 -V DI_2 ⁇
  • the initial charging characteristic value (eg, V CI_2 ) may be a voltage value of a peak (eg, P CI_2 ) positioned in the predetermined order in the differential capacity curve 301.
  • the initial discharge characteristic value (eg, V DI_2 ) may be a voltage value of a peak (eg, P DI_2 ) positioned in the predetermined order in the differential capacity curve 302.
  • Charging characteristic value (for example, CD_2 V) is a voltage value of the charging voltage value and the feature point (for example, V CD_2), the discharge characteristic value (for example, V DD_2) is the discharge characteristic point (for example, V DD_2).
  • the controller 120 may determine a sum value of the product of the first sub-difference value and the first transform coefficient and the product of the second sub-difference value and the second transform coefficient as the second deterioration factor. Focusing on the fact that the first sub-difference value and the second sub-difference value may be different from each other when the deterioration degree of the battery B is the same, the first and second transforming coefficients are This is a value for adjusting the relative size between the second sub-difference values.
  • the first conversion coefficient may be a positive number predetermined based on a correspondence relationship between the deterioration degree of the battery B and the first sub-difference value.
  • the second transform coefficient may be a predetermined positive number based on a correspondence relationship between the degradation degree of the battery B and the second sub-difference value.
  • the control unit 120 uses the second degeneration factor determined in step S730 as an index to determine the degree of deterioration of the battery B from a third data table in which a correspondence relationship between the second degeneration factor and the degree of degeneration is recorded.
  • the third data table may be previously stored in the memory unit 130. As the hysteresis characteristic of the battery B becomes stronger, the first sub difference value and the second sub difference value tend to increase at different speeds. Thus, within the third data table, a relatively large second degeneration factor is associated with a relatively large degree of degeneration.
  • the control unit 120 may determine that the battery B is abnormal. In this case, the control unit 120 may output a message for notifying the user that the battery B is abnormal, using the interface unit 140, instead of determining the degree of deterioration of the battery B.
  • the control unit 120 sends a message to the user of the degree of deterioration of the battery B to the interface unit 140. Can be used to print.
  • the embodiments of the present invention described above are not implemented only through an apparatus and a method, but may be implemented through a program that realizes a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium in which the program is recorded. Implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs from the description of the above-described embodiment.

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Abstract

배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩이 제공된다. 상기 장치는, 상기 배터리가 제1 정전류로 충전되는 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 생성한다. 상기 장치는, 상기 배터리가 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 생성한다. 상기 장치는, 상기 제1 센싱 정보에 기초하는 제1 미분 용량 커브 및 상기 제2 센싱 정보에 기초하는 제2 미분 용량 커브를 결정한다. 상기 장치는, 상기 제1 미분 용량 커브의 제1 충전 특징점의 전압값 및 상기 제2 미분 용량 커브의 제1 방전 특징점의 전압값을 기초로, 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성된다.

Description

배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치 및 방법과, 상기 장치를 포함하는 배터리 팩
본 발명은 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 05월 14일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2019-0056467호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 차량, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
배터리의 전압과 축전량 간의 대응 관계를 나타내는 용량 커브로부터 배터리의 퇴화도를 결정하는 종래 기술이 존재한다. 그러나, 용량 커브에 있어서, 전압의 변화가 뚜렷하게 관측되지 않는 축전량 범위가 존재하는 경우, 배터리의 퇴화도를 정확하게 결정하기가 어렵다.
위와 같은 용량 커브의 단점을 해소하기 위한 다른 종래 기술은, 미분 전압 분석법(DVA: Differential Voltage Analysis)를 활용하여, 배터리의 미분 전압 커브로부터 배터리의 퇴화도를 결정한다. 그러나, 배터리에 대해 충전 과정과 방전 과정 중 어느 하나만을 실시하여 취득된 미분 전압 커브는, 배터리의 히스테리시스 특성에 관한 정보를 충분히 포함하지 않는다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리에 대한 충전 과정으로부터 취득된 미분 용량 커브 및 배터리에 대한 방전 과정으로부터 취득된 미분 용량 커브를 둘 다 활용하여, 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치, 방법 및 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치는, 상기 배터리가 제1 정전류로 충전되는 제1 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 생성하고, 상기 배터리가 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 생성하도록 구성되는 센싱부; 및 상기 센싱부에 동작 가능하게 결합되는 제어부를 포함한다. 상기 제어부는, 상기 제1 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제1 미분 용량 커브를 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제1 미분 용량 커브로부터 제1 충전 특징점을 검출하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제2 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제2 미분 용량 커브를 결정하도록 구성된다. 상기 제어부는, 상기 제2 미분 용량 커브로부터 제1 방전 특징점을 검출하도록 구성된다. 상기 제어부는, 제1 충전 특징값 및 제1 방전 특징값을 기초로, 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성된다. 상기 제1 충전 특징값은, 상기 제1 충전 특징점의 전압값이다. 상기 제1 방전 특징값은, 상기 제1 방전 특징점의 전압값이다.
상기 제어부는, 상기 제1 미분 용량 커브에 위치하는 소정 개수의 피크 중, 제1 소정 순서에 위치하는 피크를 상기 제1 충전 특징점으로서 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제2 미분 용량 커브에 위치하는 소정 개수의 피크 중, 상기 제1 소정 순서에 위치하는 피크를 상기 제1 방전 특징점으로서 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 충전 특징값과 상기 제1 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제1 주요 차이값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 주요 차이값을 인덱스로 이용하여, 제1 주요 차이값과 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제1 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 소정 개수가 2 이상인 경우, 상기 제1 미분 용량 커브에 위치하는 상기 소정 개수의 피크 중, 제2 소정 순서에 위치하는 피크를 제2 충전 특징점으로서 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제2 미분 용량 커브에 위치하는 상기 소정 개수의 피크 중, 상기 제2 소정 순서에 위치하는 피크를 제2 방전 특징점으로서 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 제2 충전 특징값과 제2 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 주요 차이값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 충전 특징값은 상기 제2 충전 특징점의 전압값이다. 상기 제2 방전 특징값은 상기 제2 방전 특징점의 전압값이다.
상기 제어부는, 상기 소정 개수가 2인 경우, 하기의 수학식을 이용하여, 제1 퇴화 팩터를 결정하도록 구성될 수 있다.
[수학식]
Figure PCTKR2020006047-appb-img-000001
ΔV i는 제i 주요 차이값, α i는 제i 소정의 가중치, F deg은 상기 제1 퇴화 팩터이다. 상기 제어부는, 상기 제1 퇴화 팩터를 인덱스로서 이용하여, 제1 퇴화 팩터와 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제2 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 충전 특징값과 제1 초기 충전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제1 서브 차이값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 방전 특징값과 제1 초기 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 서브 차이값을 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제1 서브 차이값과 상기 제2 서브 차이값을 기초로, 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 서브 차이값과 제1 변환 계수의 곱 및 상기 제2 서브 차이값과 제2 변환 계수의 곱의 합산치를 제2 퇴화 팩터로서 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제어부는, 상기 제2 퇴화 팩터를 인덱스로서 이용하여, 제2 퇴화 팩터와 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제3 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법은, 상기 배터리가 제1 정전류로 충전되는 제1 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 취득하는 단계; 상기 배터리가 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 취득하는 단계; 상기 제1 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제1 미분 용량 커브를 결정하는 단계; 상기 제2 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제2 미분 용량 커브를 결정하는 단계; 상기 제1 미분 용량 커브로부터 제1 충전 특징점을 검출하는 단계; 상기 제2 미분 용량 커브로부터 제1 방전 특징점을 검출하는 단계; 및 제1 충전 특징값 및 제1 방전 특징값을 기초로, 상기 배터리의 퇴화도를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 제1 충전 특징값은, 상기 제1 충전 특징점의 전압값이다. 상기 제1 방전 특징값은, 상기 제1 방전 특징점의 전압값이다.
상기 배터리의 퇴화도를 결정하는 단계는, 상기 제1 충전 특징값과 상기 제1 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제1 주요 차이값을 결정하는 단계; 및 상기 제1 주요 차이값을 인덱스로 이용하여, 제1 주요 차이값과 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제1 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리에 대한 충전 과정으로부터 취득된 미분 용량 커브 및 배터리에 대한 방전 과정으로부터 취득된 미분 용량 커브를 둘 다 활용하여, 배터리의 퇴화도를 결정할 수 있다. 배터리의 히스테리시스 특성은 배터리의 퇴화도에 강한 상관 관계를 가지는바, 두 미분 용량 커브 중 어느 하나만을 활용하는 경우에 비하여 배터리의 퇴화도를 정확하게 결정할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 배터리가 수명 초기 상태였을 때의 배터리의 용량 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 2의 용량 커브로부터 결정된 미분 용량 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 4는 배터리가 수명 초기 상태로부터 퇴화되었을 때의 배터리의 미분 용량 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어부>와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩(10)은, 전기 시스템(1)(예, 전기 차량)에 설치 가능하도록 제공되는 것으로서, 배터리(B), 스위치(SW) 및 장치(100)를 포함한다.
배터리(B)의 양극 단자 및 음극 단자는 장치(100)에 전기적으로 연결된다. 배터리(B)는, 적어도 하나의 단위 셀을 포함한다. 단위 셀은, 예컨대 리튬 이온 배터리일 수 있다. 물론, 단위 셀의 종류가 리튬 이온 배터리로 한정되는 것은 아니며, 반복적인 충방전이 가능한 다른 종류의 배터리 셀이 단위 셀로서 이용될 수 있다.
스위치(SW)는, 배터리(B)의 충방전을 위한 전류의 경로에 설치된다. 스위치(SW)가 턴 온되어 있는 동안, 배터리(B)의 충방전이 가능하다. 스위치(SW)는, 코일의 자기력에 의해 온오프되는 기계식 릴레이이거나 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor)과 같은 반도체 스위치일 수 있다. 스위치(SW)가 턴 오프되어 있는 동안, 배터리(B)의 충방전은 중단된다. 스위치(SW)는, 제1 스위칭 신호에 응답하여, 턴 온될 수 있다. 스위치(SW)는, 제2 스위칭 신호에 응답하여, 턴 오프될 수 있다.
장치(100)는, 배터리(B)의 퇴화도를 결정하기 위해 제공된다. 퇴화도는, 배터리(B)의 퇴화에 따라 점차 증가하는 값일 수 있다.
장치(100)는, 센싱부(110), 제어부(120) 및 메모리부(130)를 포함한다. 장치(100)는, 인터페이스부(140) 및 스위치 드라이버(200) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
센싱부(110)는, 전압 센서(111) 및 전류 센서(112)를 포함한다.
전압 센서(111)는, 배터리(B)의 양극 단자 및 음극 단자에 전기적으로 연결된다. 전압 센서(111)는, 배터리(B)가 충전 또는 방전되는 동안에, 배터리(B)의 양단에 걸친 전압을 단위 시간(예, 0.01초)마다 측정하도록 구성된다. 전류 센서(112)는, 배터리(B)의 충방전 경로에 설치된다. 전류 센서(112)는, 배터리(B)가 충전 또는 방전되는 동안에, 배터리(B)의 전류를 단위 시간마다 측정하도록 구성된다.
센싱부(110)는, 단위 시간마다의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 센싱 정보를 제어부(120)에게 출력하도록 구성된다.
제어부(120)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(120)는, 센싱부(110), 메모리부(130), 인터페이스부(140) 및 스위치 드라이버(200) 중 적어도 하나에 동작 가능하게 결합된다.
제어부(120)는, 소정의 이벤트(들) 중 적어도 하나가 발생된 경우, 스위치(SW)를 턴 온시킬 것을 스위치 드라이버(200)에게 명령할 수 있다. 그 외의 상황에서는, 제어부(120)는, 스위치(SW)를 턴 오프시킬 것을 스위치 드라이버(200)에게 명령할 수 있다.
제어부(120)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 전압 이력, 전류 이력 및 축전량 이력을 나타내는 데이터를 메모리부(130)에 저장하도록 구성된다. 어떤 파라미터의 이력이란, 임의의 기간 또는 특정 기간에 걸친 해당 파라미터의 시계열적 변화를 의미한다. 배터리(B)의 전압 이력, 전류 이력 및 축전량 이력은, 서로 같은 기간 또는 서로 상이한 기간에 관한 것일 수 있다. 배터리(B)의 축전량은, 배터리(B)에 저장되어 있는 전하량을 나타낸다.
제어부(120)는, 배터리(B)의 제1 용량 커브 및 제2 용량 커브를 결정한다.
제1 용량 커브는, 배터리(B)가 제1 충전 상태(SOC: State Of Charge)(예, 5%) 이하로부터 제2 충전 상태(예, 95%) 이상까지 제1 전류 레이트(예, 0.02C)의 정전류로 충전되는 기간(이하, '제1 기간'이라고 칭함) 동안에 취득된, 전압 이력과 축전량 이력 간의 대응 관계를 나타낸다. 제1 용량 커브는, 제1 기간 동안 센싱부(110)에 의해 출력된, 단위 시간마다의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보에 기초한다. 제어부(120)는, 제1 기간 동안 제1 전류 레이트의 충전 전류가 배터리(B)를 통해 흐르도록 스위치 드라이버(200)를 제어할 수 있다.
제2 용량 커브는, 배터리(B)가 제2 충전 상태 이상으로부터 제1 충전 상태 이하까지 제2 전류 레이트의 정전류로 방전되는 기간(이하, '제2 기간'이라고 칭함) 동안에 취득된, 전압 이력과 축전량 이력 간의 대응 관계를 나타낸다. 제2 용량 커브는, 제2 기간 동안 센싱부(110)에 의해 출력된, 단위 시간마다의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보에 기초한다. 제어부(120)는, 제2 기간 동안 제2 전류 레이트의 방전 전류가 배터리(B)를 통해 흐르도록 스위치 드라이버(200)를 제어할 수 있다. 제2 전류 레이트는, 제1 전류 레이트와 같거나 다를 수 있다.
제어부(120)는, 제1 용량 커브로부터 단위 시간마다의 배터리(B)의 전압 변화량 dV 및 축전량 변화량 dQ을 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 제1 용량 커브로부터 결정되는, 단위 시간마다의 배터리(B)의 전압 V, 축전량 Q, 전압 변화량 dV 및 축전량 변화량 dQ의 대응 관계를 나타내는 제1 데이터 세트를 메모리부(130)에 저장할 수 있다.
제어부(120)는, 제1 데이터 세트로부터 제1 미분 용량 커브를 결정할 수 있다. 제1 미분 용량 커브는, 제1 기간 동안의 배터리(B)의 전압 V과 배터리(B)의 전압 변화 dV에 대한 배터리(B)의 축전량 변화 dQ의 비율 dQ/dV 간의 관계를 나타내는 것으로서, 제1 V-dQ/dV 커브라고 칭할 수도 있다.
제어부(120)는, 제2 용량 커브로부터 단위 시간마다의 배터리(B)의 전압 변화량 dV 및 축전량 변화량 dQ을 결정할 수 있다. 제어부(120)는, 제2 용량 커브로부터 결정되는, 단위 시간마다의 배터리(B)의 전압 V, 축전량 Q, 전압 변화량 dV 및 축전량 변화량 dQ의 대응 관계를 나타내는 제2 데이터 세트를 메모리부(130)에 저장할 수 있다.
제어부(120)는, 제2 데이터 세트로부터 제2 미분 용량 커브를 결정할 수 있다. 제2 미분 용량 커브는, 제2 기간 동안의 배터리(B)의 전압 V과 배터리(B)의 전압 변화 dV에 대한 배터리(B)의 축전량 변화 dQ의 비율 dQ/dV 간의 관계를 나타내는 것으로서, 제2 V-dQ/dV 커브라고 칭할 수도 있다.
메모리부(130)는, 제어부(120)에 동작 가능하게 결합된다. 메모리부(130)는, 센싱부(110)에도 동작 가능하게 결합될 수 있다. 메모리부(130)는, 센싱부(110)로부터의 센싱 정보를 저장하도록 구성된다. 메모리부(130)는, 제어부(120)에 의한 연산 동작에 요구되는 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리부(130)는, 제어부(120)에 의한 연산 동작의 결과를 나타내는 데이터를 저장할 수 있다.
메모리부(130)는, 예컨대 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(random access memory; RAM), SRAM(static random access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
스위치 드라이버(200)는, 장치(100) 및 스위치(SW)에 전기적으로 결합된다. 스위치 드라이버(200)는, 장치(100)로부터의 명령에 응답하여, 제1 스위칭 신호 또는 제2 스위칭 신호를 스위치(SW)에게 선택적으로 출력하도록 구성된다.
인터페이스부(140)는, 제어부(120)와 전기 시스템(1)의 상위 컨트롤러(2)(예, ECU: Electronic Control Unit) 간의 유선 통신 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된다. 유선 통신은 예컨대 캔(CAN: contoller area network) 통신일 수 있고, 무선 통신은 예컨대 지그비나 블루투스 통신일 수 있다. 물론, 제어부(120)와 상위 컨트롤러(2) 간의 유무선 통신을 지원하는 것이라면, 통신 프토토콜의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 인터페이스부(140)는, 제어부(120)에 의해 수행된 배터리(B)의 퇴화도에 관한 프로세스의 결과를 사용자가 인식 가능한 형태로 제공하는 디스플레이나, 스피커 등과 같은 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 인터페이스부(140)는, 사용자로부터의 데이터를 입력 받을 수 있는 마우스, 키보드 등과 같은 입력 디바이스를 포함할 수 있다.
도 2는 배터리가 수명 초기 상태였을 때의 배터리의 용량 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이고, 도 3은 도 2의 용량 커브로부터 결정된 미분 용량 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
배터리(B)의 최대 용량(Q max)은, 배터리(B)가 완전히 충전되었을 때 즉, 배터리(B)의 충전 상태(SOC: State Of Charge)가 100%인 때의 배터리(B)의 축전량일 수 있다. 배터리(B)의 최대 용량(Q max)은, 배터리(B)가 퇴화됨에 따라 점차적으로 감소한다.
도 2를 참조하면, 용량 커브(201)는, 배터리(B)가 수명 초기 상태(BOL: Beginning Of Life)였을 때에 배터리(B)의 충전 상태를 0%로부터 100%까지 소정 전류 레이트의 정전류로 충전시키는 과정을 통해 취득된, 배터리(B)의 전압 V과 축전량 Q 간의 대응 관계를 보여준다.
용량 커브(202)는, 배터리(B)가 수명 초기 상태였을 때에 배터리(B)의 충전 상태를 100%로부터 0%까지 소정 전류 레이트의 정전류로 방전시키는 과정을 통해 취득된, 배터리(B)의 전압 V과 축전량 Q 간의 대응 관계를 보여준다.
배터리(B)의 히스테리시스 특성으로 인해, 0 ~ Q max 사이의 적어도 일부의 축전량 범위 내에서, 동일한 축전량에서의 용량 커브(201)의 전압과 용량 커브(202)의 전압 간의 차이가 소정의 임계치 이상이 된다.
도 3을 참조하면, 미분 용량 커브(301)는, 용량 커브(201)가 나타내는 전압 이력과 축전량 이력 간의 관계로부터 결정된다. 미분 용량 커브(302)는, 용량 커브(202)가 나타내는 전압 이력과 축전량 이력 간의 관계로부터 결정된다. 이해를 돕기 위해, dQ/dV = 0 Ah/V인 축을 기준으로, 미분 용량 커브(301)는 위쪽에 도시하고, 미분 용량 커브(302)는 아래쪽에 도시하였다.
미분 용량 커브(301)에 위치하는 피크(P CI_1, P CI_2, P CI_3)의 총 개수와 미분 용량 커브(302)에 위치하는 피크(P DI_1, P DI_2, P DI_3)의 개수는 동일할 수 있다. 미분 용량 커브(301)와 미분 용량 커브(302) 각각에 위치하는 피크의 총 개수는, 배터리(B)의 전극 재료 등에 의존하는 것이다. 따라서, 배터리(B)의 퇴화되더라도 미분 용량 커브(301)와 미분 용량 커브(302) 각각에 위치하는 피크의 총 개수는 일정할 수 있다. 이하에서는, 미분 용량 커브(301)에 나타나는 피크(P CI_1, P CI_2, P CI_3)의 총 개수와 미분 용량 커브(302)에 위치하는 피크(P DI_1, P DI_2, P DI_3)의 총 개수는 각각 3개인 것으로 가정한다.
메모리부(130)에는, 미분 용량 커브(301)에 위치하는 피크(P CI_1, P CI_2, P CI_3) 각각의 전압값(V CI_1, V CI_2, V CI_3)을 나타내는 충전 특징값('초기 충전 특징값'이라고 칭할 수 있음)이 저장되어 있을 수 있다.
메모리부(130)에는, 미분 용량 커브(302)에 위치하는 피크(P DI_1, P DI_2, P DI_3) 각각의 전압값(V DI_1, V DI_2, V DI_3)을 나타내는 방전 특징값('초기 방전 특징값'이라고 칭할 수 있음)이 저장되어 있을 수 있다.
본 발명의 발명자는, 배터리(B)와 동일한 사양의 배터리에 대한 충전 실험 및 방전 실험의 결과로부터, 배터리(B)가 퇴화될수록 배터리(B)의 히스테리시스 특성이 심화된다는 사실을 인식하게 되었다.
도 4는 배터리가 수명 초기 상태로부터 퇴화되었을 때의 배터리의 미분 용량 커브를 예시적으로 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 미분 용량 커브(401)는, 제1 기간 동안의 전압 이력과 축전량 이력 간의 관계로부터 결정된다. 미분 용량 커브(402)는, 제2 기간 동안의 전압 이력과 축전량 이력 간의 관계로부터 결정된다. 이해를 돕기 위해, dQ/dV = 0을 기준으로, 미분 용량 커브(401)는 위쪽에 도시하고, 미분 용량 커브(402)는 아래쪽에 도시하였다.
미분 용량 커브(401)에는, 미분 용량 커브(301)에 나타내는 피크(P CI_1, P CI_2, P CI_3)와 동일한 개수의 피크(P CD_1, P CD_2, P CD_3)가 위치한다. 미분 용량 커브(402)에는, 미분 용량 커브(302)에 나타내는 피크(P DI_1, P DI_2, P DI_3)와 동일한 개수의 피크(P DD_1, P DD_2, P DD_3)가 위치한다.
미분 용량 커브(401)에 있어서, 축전량이 작은 순서로, 피크(P CD_1), 피크(P CD_2) 및 피크(P CD_3)가 위치한다. 미분 용량 커브(401)에 나타나는 피크(P CD_1, P CD_2, P CD_3)는, 순서대로 미분 용량 커브(301)에 나타나는 피크(P CI_1, P CI_2, P CI_3)에 대응한다. 피크(P CD_1, P CD_2, P CD_3) 각각을 '충전 특징점'이라고 칭하고, 피크(P CD_1, P CD_2, P CD_3)의 전압값(V CD_1, V CD_2, V CD_3) 각각을 '충전 특징값'이라고 칭할 수 있다.
미분 용량 커브(402)에 있어서, 축전량이 작은 순서로, 피크(P DD_1), 피크(P DD_2) 및 피크(P DD_3)가 위치한다. 미분 용량 커브(402)에 나타나는 피크(P DD_1, P DD_2, P DD_3)는, 순서대로 미분 용량 커브(302)에 나타나는 피크(P DI_1, P DI_2, P DI_3)에 대응한다. 피크(P DD_1, P DD_2, P DD_3) 각각을 '방전 특징점'이라고 칭하고, 피크(P DD_1, P DD_2, P DD_3)의 전압값(V DD_1, V DD_2, V DD_3) 각각을 '방전 특징값'이라고 칭할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 배터리(B)가 퇴화될수록, (I)미분 용량 커브(401)에 위치하는 피크(P CD_1, P CD_2, P CD_3)의 충전 특징값(V CD_1, V CD_2, V CD_3)이 미분 용량 커브(301)의 동일 순서에 위치하는 피크(P CI_1, P CI_2, P CI_3)의 초기 충전 특징값(V CI_1, V CI_2, V CI_3)으로부터 증가한다는 점 및 (II)미분 용량 커브(402)에 위치하는 피크(P DD_1, P DD_2, P DD_3)의 방전 특징값(V DD_1, V DD_2, V DD_3)이 미분 용량 커브(302)의 동일 순서에 위치하는 피크(P DI_1, P DI_2, P DI_3)의 초기 방전 특징값(V DI_1, V DI_2, V DI_3)으로부터 감소한다는 점을 확인할 수 있다. 즉, 배터리(B)가 퇴화될수록, 미분 용량 커브(401)의 피크(P CD_1, P CD_2, P CD_3)는 고전압 대역으로 쉬프트되어 가고, 미분 용량 커브(402)의 피크(P DD_1, P DD_2, P DD_3)는 저전압 대역으로 쉬프트되어 간다.
본 발명의 발명자는, 미분 용량 커브(401) 및 미분 용량 커브(402)의 동일 순서(예, 첫번째)에 나타나는 두 피크(예, P CD_1, P DD_1)의 전압값(예, V CD_1, V DD_1) 간의 차이가 배터리(B)의 퇴화도와 강한 상관 관계를 가짐을 발견하게 되었다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 5의 방법은, 미분 용량 커브에 적어도 하나의 피크가 나타나는 배터리(B)의 퇴화도를 결정하는 데에 활용될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 단계 S502에서, 제어부(120)는, 제1 정전류로 충전되는 제1 기간 동안의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 센싱부(110)로부터 취득한다.
단계 S504에서, 제어부(120)는, 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 센싱부(110)로부터 취득한다.
단계 S512에서, 제어부(120)는, 제1 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 제1 미분 용량 커브를 결정한다. 예를 들어, 제1 미분 용량 커브는, 도 4의 미분 용량 커브(401)일 수 있다.
단계 S514에서, 제어부(120)는, 제2 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 제2 미분 용량 커브를 결정한다. 예를 들어, 제2 미분 용량 커브는, 도 4의 미분 용량 커브(402)일 수 있다.
단계 S522에서, 제어부(120)는, 제1 미분 용량 커브로부터 충전 특징점(예, P CD_2)을 검출한다. 충전 특징점(예, P CD_2)은, 제1 미분 용량 커브의 모든 피크 중에서, 축전량을 기준으로 소정 순서(예, 두번째)에 위치하는 피크일 수 있다.
단계 S524에서, 제어부(120)는, 제2 미분 용량 커브로부터 방전 특징점(예, P DD_2)을 검출한다. 방전 특징점(예, P DD_2)은, 제2 미분 용량 커브의 모든 피크 중에서, 축전량을 기준으로 상기 소정 순서(예, 두번째)에 위치하는 피크일 수 있다.
단계 S530에서, 제어부(120)는, 주요 차이값을 기초로, 배터리(B)의 퇴화도를 결정한다. 주요 차이값은, 충전 특징값(예, V CD_2) 및 방전 특징값(예, V DD_2) 간의 차이의 절대값(예, │V CD_2 - V DD_2│)이다. 충전 특징값(예, V CD_2)은 충전 특징점(예, P CD_2)의 전압값이고, 방전 특징값(예, V DD_2)은 방전 특징점(예, P DD_2)의 전압값이다. 제어부(120)는, 단계 S530에서 결정된 주요 차이값을 인덱스로 이용하여, 주요 차이값과 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제1 데이터 테이블로부터 배터리(B)의 퇴화도를 결정한다.
제1 데이터 테이블은, 메모리부(130)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 배터리(B)의 히스테리시스 특성이 강해질수록, 주요 차이값이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 제1 데이터 테이블 내에서, 상대적으로 큰 주요 차이값은 상대적으로 큰 퇴화도에 연관되어 있을 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 6의 방법은, 미분 용량 커브에 적어도 두개의 피크가 나타나는 배터리(B)의 퇴화도를 결정하는 데에 활용될 수 있다.
도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하면, 단계 S602에서, 제어부(120)는, 제1 정전류로 충전되는 제1 기간 동안의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 센싱부(110)로부터 취득한다.
단계 S604에서, 제어부(120)는, 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 센싱부(110)로부터 취득한다.
단계 S612에서, 제어부(120)는, 제1 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 제1 미분 용량 커브를 결정한다. 예를 들어, 제1 미분 용량 커브는, 도 4의 미분 용량 커브(401)일 수 있다.
단계 S614에서, 제어부(120)는, 제2 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 제2 미분 용량 커브를 결정한다. 예를 들어, 제2 미분 용량 커브는, 도 4의 미분 용량 커브(402)일 수 있다.
단계 S622에서, 제어부(120)는, 제1 미분 용량 커브로부터 제1 내지 제n 충전 특징점을 검출한다. n은, 2 이상의 자연수로서, 제1 미분 용량 커브에 위치하는 피크의 총 개수 이하의 개수를 나타내는 소정의 값이다. i=1~n이라고 할 때, 제i 충전 특징점은, 축전량을 기준으로 제1 내지 제n 충전 특징점 중에서 제i 번째에 위치하는 피크일 수 있다.
단계 S624에서, 제어부(120)는, 제2 미분 용량 커브로부터 제1 내지 제n 방전 특징점을 검출한다. 제i 방전 특징점은, 축전량을 기준으로 제1 내지 제n 방전 특징점 중에서 제i 번째에 위치하는 피크일 수 있다.
단계 S630에서, 제어부(120)는, 제1 내지 제n 주요 차이값을 기초로, 배터리(B)의 퇴화도를 결정한다. i=1~n이라고 할 때, 제i 주요 차이값은, 제i 충전 특징값과 제i 방전 특징값 간의 차이의 절대값일 수 있다. 제i 충전 특징값은 제i 충전 특징점의 전압값이고, 제i 방전 특징값은 제i 방전 특징점의 전압값이다. 그 다음, 제어부(120)는, 제1 내지 제n 주요 차이값으로부터 제1 퇴화 팩터를 결정한다. 제어부(120)는, 하기의 수학식 1을 이용하여, 제1 퇴화 팩터를 결정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2020006047-appb-img-000002
수학식 1에서, ΔV i는 제i 주요 차이값, V CD_i는 제i 충전 특징값, V DD_i는 제i 방전 특징값, α i는 제i 소정의 가중치, F deg은 제1 퇴화 팩터이다. α i는, 배터리(B)의 퇴화에 따른 제i 충전 특징값의 증가율과 제i 방전 특징값의 감소율을 기초로 미리 정해진 값일 수 있다. 제i 충전 특징값의 증가율은, 제i 초기 충전 특징값에 대한 제i 충전 특징값의 비율일 수 있다. 제i 방전 특징값의 감소율은, 제i 초기 방전 특징값에 대한 제i 방전 특징값의 비율일 수 있다.
예를 들어, n이 2인 경우, 상기 수학식 1은 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2020006047-appb-img-000003
제어부(120)는, 단계 S630에서 결정된 제1 퇴화 팩터 F deg를 인덱스로 이용하여, 제1 퇴화 팩터와 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제2 데이터 테이블로부터 배터리(B)의 퇴화도를 결정한다.
제2 데이터 테이블은, 메모리부(130)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 배터리(B)의 히스테리시스 특성이 강해질수록, 제1 내지 제n 주요 차이값 각각은 증가하는 경향이 있다. 따라서, 제2 데이터 테이블 내에서, 상대적으로 큰 제1 퇴화 팩터는 상대적으로 큰 퇴화도에 연관되어 있을 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법을 예시적으로 보여주는 순서도이다. 도 7의 방법은, 미분 용량 커브에 적어도 하나의 피크가 나타나는 배터리(B)의 퇴화도를 결정하는 데에 활용될 수 있다.
도 1 내지 도 4 및 도 7을 참조하면, 단계 S702에서, 제어부(120)는, 제1 정전류로 충전되는 제1 기간 동안의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 센싱부(110)로부터 취득한다.
단계 S704에서, 제어부(120)는, 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 배터리(B)의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 센싱부(110)로부터 취득한다.
단계 S712에서, 제어부(120)는, 제1 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 제1 미분 용량 커브를 결정한다. 예를 들어, 제1 미분 용량 커브는, 도 4의 미분 용량 커브(401)일 수 있다.
단계 S714에서, 제어부(120)는, 제2 센싱 정보를 기초로, 배터리(B)의 제2 미분 용량 커브를 결정한다. 예를 들어, 제2 미분 용량 커브는, 도 4의 미분 용량 커브(402)일 수 있다.
단계 S722에서, 제어부(120)는, 제1 미분 용량 커브로부터 충전 특징점(예, P CD_2)을 검출한다. 충전 특징점(예, P CD_2)은, 제1 미분 용량 커브의 모든 피크 중에서, 축전량을 기준으로 소정 순서에 위치하는 피크일 수 있다.
단계 S724에서, 제어부(120)는, 제2 미분 용량 커브로부터 방전 특징점(예, P DD_2)을 검출한다. 방전 특징점(예, P DD_2)은, 제2 미분 용량 커브의 모든 피크 중에서, 축전량을 기준으로 상기 소정 순서에 위치하는 피크일 수 있다.
단계 S730에서, 제어부(120)는, 충전 특징값(예, V CD_2)과 초기 충전 특징값(예, V CI_2) 간의 차이의 절대값인 제1 서브 차이값(예, │V CD_2 - V CI_2│) 및 방전 특징값(예, V DD_2)과 초기 방전 특징값(예, V DI_2) 간의 차이의 절대값인 제2 서브 차이값(예, │V DD_2 - V DI_2│)을 기초로, 배터리(B)의 퇴화도를 결정한다.
초기 충전 특징값(예, V CI_2)은, 미분 용량 커브(301)에서 상기 소정 순서에 위치하는 피크(예, P CI_2)의 전압값일 수 있다. 초기 방전 특징값(예, V DI_2)은, 미분 용량 커브(302)에서 상기 소정 순서에 위치하는 피크(예, P DI_2)의 전압값일 수 있다.
충전 특징값(예, V CD_2)은 충전 특징점(예, V CD_2)의 전압값이고, 방전 특징값(예, V DD_2)은 방전 특징점(예, V DD_2)의 전압값이다. 제어부(120)는, 제1 서브 차이값과 제1 변환 계수의 곱 및 제2 서브 차이값과 제2 변환 계수의 곱의 합산치를 제2 퇴화 팩터로 결정할 수 있다. 제1 변환 계수와 제2 변환 계수는, 배터리(B)의 퇴화도가 동일한 경우에서의 제1 서브 차이값과 제2 서브 차이값이 서로 다를 수 있다는 점에 착안하여, 제1 서브 차이값과 제2 서브 차이값 간의 상대적 크기를 조절하기 위한 값이다. 제1 변환 계수는, 배터리(B)의 퇴화도와 제1 서브 차이값 간의 대응 관계를 기초로 미리 정해진 양수일 수 있다. 제2 변환 계수는, 배터리(B)의 퇴화도와 제2 서브 차이값 간의 대응 관계를 기초로 미리 정해진 양수일 수 있다.
제어부(120)는, 단계 S730에서 결정된 제2 퇴화 팩터를 인덱스로 이용하여, 제2 퇴화 팩터와 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제3 데이터 테이블로부터 배터리(B)의 퇴화도를 결정한다.
제3 데이터 테이블은, 메모리부(130)에 미리 저장되어 있을 수 있다. 배터리(B)의 히스테리시스 특성이 강해질수록, 제1 서브 차이값과 제2 서브 차이값은 서로 다른 속도로 증가하는 경향이 있다. 따라서, 제3 데이터 테이블 내에서, 상대적으로 큰 제2 퇴화 팩터는 상대적으로 큰 퇴화도에 연관되어 있다.
한편, 제1 서브 차이값(예, │V CD_2 - V CI_2│) 및 제2 서브 차이값(예, │V DD_2 - V DI_2│) 중 어느 하나에 대한 다른 하나의 비율이 소정 범위를 넘어서는 경우, 제어부(120)는, 배터리(B)가 비정상인 것으로 판정할 수 있다. 이 경우, 제어부(120)는, 배터리(B)의 퇴화도를 결정하는 대신, 배터리(B)가 비정상임을 사용자에게 통지하기 위한 메시지를 인터페이스부(140)를 이용하여 출력할 수 있다.
제1 내지 제3 실시예 중 적어도 하나에 따라 배터리(B)의 퇴화도가 결정된 경우, 제어부(120)는, 배터리(B)의 퇴화도를 사용자에게 통지하기 위한 메시지를 인터페이스부(140)를 이용하여 출력할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 장치에 있어서,
    상기 배터리가 제1 정전류로 충전되는 제1 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 생성하고, 상기 배터리가 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 생성하도록 구성되는 센싱부; 및
    상기 센싱부에 동작 가능하게 결합되는 제어부를 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 제1 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제1 미분 용량 커브를 결정하도록 구성되고,
    상기 제1 미분 용량 커브로부터 제1 충전 특징점을 검출하도록 구성되고,
    상기 제2 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제2 미분 용량 커브를 결정하도록 구성되고,
    상기 제2 미분 용량 커브로부터 제1 방전 특징점을 검출하도록 구성되고,
    제1 충전 특징값 및 제1 방전 특징값을 기초로, 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성되되,
    상기 제1 충전 특징값은, 상기 제1 충전 특징점의 전압값이고,
    상기 제1 방전 특징값은, 상기 제1 방전 특징점의 전압값인 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 미분 용량 커브에 위치하는 소정 개수의 피크 중, 제1 소정 순서에 위치하는 피크를 상기 제1 충전 특징점으로서 결정하도록 구성되고,
    상기 제2 미분 용량 커브에 위치하는 소정 개수의 피크 중, 상기 제1 소정 순서에 위치하는 피크를 상기 제1 방전 특징점으로서 결정하도록 구성되는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 충전 특징값과 상기 제1 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제1 주요 차이값을 결정하도록 구성되는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 주요 차이값을 인덱스로 이용하여, 제1 주요 차이값과 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제1 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성되는 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 소정 개수가 2 이상인 경우, 상기 제1 미분 용량 커브에 위치하는 상기 소정 개수의 피크 중, 제2 소정 순서에 위치하는 피크를 제2 충전 특징점으로서 결정하도록 구성되고,
    상기 제2 미분 용량 커브에 위치하는 상기 소정 개수의 피크 중, 상기 제2 소정 순서에 위치하는 피크를 제2 방전 특징점으로서 결정하도록 구성되고,
    제2 충전 특징값과 제2 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 주요 차이값을 결정하도록 구성되되,
    상기 제2 충전 특징값은 상기 제2 충전 특징점의 전압값이고,
    상기 제2 방전 특징값은 상기 제2 방전 특징점의 전압값인 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 소정 개수가 2인 경우, 하기의 수학식을 이용하여, 제1 퇴화 팩터를 결정하도록 구성되되,
    [수학식]
    Figure PCTKR2020006047-appb-img-000004
    ΔV i는 제i 주요 차이값, α i는 제i 소정의 가중치, F deg은 상기 제1 퇴화 팩터이고,
    상기 제1 퇴화 팩터를 인덱스로서 이용하여, 제1 퇴화 팩터와 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제2 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성되는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 충전 특징값과 제1 초기 충전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제1 서브 차이값을 결정하도록 구성되고,
    상기 제1 방전 특징값과 제1 초기 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제2 서브 차이값을 결정하도록 구성되고,
    상기 제1 서브 차이값과 상기 제2 서브 차이값을 기초로, 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성되는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 서브 차이값과 제1 변환 계수의 곱 및 상기 제2 서브 차이값과 제2 변환 계수의 곱의 합산치를 제2 퇴화 팩터로서 결정하도록 구성되고,
    상기 제2 퇴화 팩터를 인덱스로서 이용하여, 제2 퇴화 팩터와 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제3 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하도록 구성되는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 상기 장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 배터리의 퇴화도를 결정하기 위한 방법에 있어서,
    상기 배터리가 제1 정전류로 충전되는 제1 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제1 센싱 정보를 취득하는 단계;
    상기 배터리가 제2 정전류로 방전되는 제2 기간 동안의 상기 배터리의 전압 및 전류를 나타내는 제2 센싱 정보를 취득하는 단계;
    상기 제1 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제1 미분 용량 커브를 결정하는 단계;
    상기 제2 센싱 정보를 기초로, 상기 배터리의 제2 미분 용량 커브를 결정하는 단계;
    상기 제1 미분 용량 커브로부터 제1 충전 특징점을 검출하는 단계;
    상기 제2 미분 용량 커브로부터 제1 방전 특징점을 검출하는 단계; 및
    제1 충전 특징값 및 제1 방전 특징값을 기초로, 상기 배터리의 퇴화도를 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 충전 특징값은, 상기 제1 충전 특징점의 전압값이고,
    상기 제1 방전 특징값은, 상기 제1 방전 특징점의 전압값인 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리의 퇴화도를 결정하는 단계는,
    상기 제1 충전 특징값과 상기 제1 방전 특징값 간의 차이의 절대값을 나타내는 제1 주요 차이값을 결정하는 단계; 및
    상기 제1 주요 차이값을 인덱스로 이용하여, 제1 주요 차이값과 퇴화도 간의 대응 관계가 기록되어 있는 제1 데이터 테이블로부터 상기 배터리의 퇴화도를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
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